Experiment utförda vid Oxford University har visat att tektoniska plattor är svagare än man tidigare trott. Fyndet förklarar en tvetydighet i labbarbete som fick forskare att tro att dessa stenar var mycket starkare än de verkade vara i den naturliga världen. Denna nya kunskap kommer att hjälpa oss att förstå hur tektoniska plattor kan bryta för att bilda nya gränser.

Studie medförfattare Lars Hansen, Docent i berg- och mineralfysik vid Oxford Universitys institution för geovetenskaper, sa:"Styrkan hos tektoniska plattor har varit ett stort mål för forskning under de senaste fyra decennierna. För att plattektoniken ska fungera, plattor måste kunna gå sönder för att bilda nya plattgränser. Betydande ansträngningar har lagts ner på att mäta styrkan hos de viktigaste olivinrika stenarna som utgör plattorna med hjälp av laboratorieexperiment.

"Tyvärr, dessa uppskattningar av bergstyrkan har varit betydligt större än den skenbara styrkan hos plattor som observerats på jorden. Således, det finns en grundläggande brist på förståelse för hur plattor faktiskt kan gå sönder för att bilda nya gränser. Vidare, uppskattningarna av bergstyrkan från laboratorieexperiment uppvisar avsevärd variation, minskar förtroendet för att använda experiment för att uppskatta bergegenskaper."

Den nya forskningen, publiceras i tidskriften Vetenskapens framsteg , använder en teknik som kallas "nanoindentation" för att lösa denna diskrepans och förklara hur bergarterna som utgör tektoniska plattor kan vara tillräckligt svaga för att bryta och bilda nya plattgränser.

Dr Hansen sa:"Vi har visat att denna variation bland tidigare uppskattningar av styrka är ett resultat av en speciell längdskala inom stenarna - det vill säga, hållfastheten beror på volymen av det material som testas. För att bestämma detta använde vi nanoindentationsexperiment där en mikroskopisk diamantpenna pressas in i ytan av en olivinkristall. Dessa experiment visar att styrkan hos kristallen beror på storleken på fördjupningen.

"Detta koncept översätts till stora stenprover, för vilka den uppmätta styrkan ökar när storleken på de ingående kristallerna minskar. Eftersom de flesta tidigare experiment har använt syntetiska bergarter med kristallstorlekar som är mycket mindre än vad som vanligtvis finns i naturen, de har drastiskt överskattat styrkan hos tektoniska plattor. Våra resultat förklarar därför både det breda utbudet av tidigare uppskattningar av bergstyrka och ger bekräftelse på att styrkan hos de bergarter som utgör tektoniska plattor är tillräckligt låg för att bilda nya plattgränser."

Studien var ett internationellt samarbete som involverade forskare från Stanford University, University of Pennsylvania, Oxford University och University of Delaware.

Dr Hansen tillade:"Detta resultat har konsekvenser utöver att bilda tektoniska plattgränser. Bättre förutsägelser av styrkan hos stenar under dessa förhållanden kommer att hjälpa oss att informera oss om många dynamiska processer i plattor. Till exempel, vi vet nu att utvecklingen av spänningar på jordbävningsgenererande förkastningar sannolikt beror på storleken på de individuella kristallerna som utgör de inblandade stenarna. Dessutom, böjning av plattor under tyngden av vulkaner eller stora inlandsisar, en process som är intimt kopplad till havsnivån på jorden, kommer också i slutändan att bero på kristallstorlek."